JP2003517412A - Method for growing defect-free silicon crystals with arbitrarily large diameter - Google Patents
Method for growing defect-free silicon crystals with arbitrarily large diameterInfo
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Abstract
(57)【要約】 凝集真性点欠陥を実質的に有さない単結晶シリコンインゴット成長させる方法。インゴットは一般に、チョクラルスキー法によって成長させる。インゴットが成長している間に、インゴットにおける真性点欠陥の凝集が起こる温度TAより低い温度にインゴットのどの部分も冷却しない。従って、無欠陥インゴットの製造が、引き取り速度のような工程パラメーター、およびインゴットにおける軸方向温度勾配のような系パラメーターから実質的に切り離される。 (57) [Abstract] A method of growing a single crystal silicon ingot substantially free of coherent intrinsic point defects. Ingots are generally grown by the Czochralski method. While the ingot is grown, also without cooling any portion of the ingot to a temperature lower than the temperature T A which aggregation occurs intrinsic point defects in the ingot. Thus, the production of defect-free ingots is substantially decoupled from process parameters such as take-off speed and system parameters such as axial temperature gradients in the ingot.
Description
【0001】
(技術分野)
本発明は一般に、電子部品の製造に使用される半導体級単結晶シリコンの製造
に関する。より詳しくは、本発明は、結晶の全半径、およびインゴットの使用可
能な長さにおいて、凝集真性点欠陥(agglomerated intrinsic point defects)
を実質的に有さない単結晶シリコンインゴットの製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to the manufacture of semiconductor grade single crystal silicon used in the manufacture of electronic components. More specifically, the present invention provides an agglomerated intrinsic point defect in the total radius of the crystal and in the usable length of the ingot.
The present invention relates to a method for producing a single crystal silicon ingot substantially free from
【0002】
(背景技術)
半導体電子部品の大部分の製造法の出発材料である単結晶シリコンは一般に、
いわゆるチョクラルスキー(Cz)法によって製造される。この方法において、
多結晶シリコン(ポリシリコン)をルツボに装填し、溶融し、種結晶を溶融シリ
コンに接触させ、単結晶をゆっくり引き上げることによって成長させる。ネック
の形成が終了した後に、引き上げ速度および/または溶融温度を減少させること
によって、所望のまたは目的とする直径に達するまで結晶の直径を大きくする。
次に、減少するメルト量を補充しながら、引き上げ速度およびメルト温度を調節
することによって、ほぼ一定の直径を有する結晶の筒状本体を成長させる。成長
工程の終わり近くに、ルツボから溶融シリコンがなくなる前に、結晶直径を徐々
に減少させて、エンドコーン(end-cone)を形成しなければならない。エンドコ
ーンは一般に、結晶引き上げ速度およびルツボに供給される熱を増加させること
によって形成される。直径が充分に小さくなった際に、結晶をメルトから分離す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION Single crystal silicon, which is the starting material for most manufacturing processes for semiconductor electronic components, is generally
It is manufactured by the so-called Czochralski (Cz) method. In this way,
Polycrystalline silicon (polysilicon) is loaded into a crucible, melted, a seed crystal is brought into contact with molten silicon, and a single crystal is grown by slow pulling. After the neck formation is complete, the crystal diameter is increased until the desired or target diameter is reached by decreasing the pull rate and / or the melting temperature.
Next, while supplementing the decreasing melt volume, the pull rate and melt temperature are adjusted to grow a tubular body of crystals having a substantially constant diameter. Near the end of the growth process, the crystal diameter must be gradually reduced to form an end-cone before the crucible is depleted of molten silicon. End cones are generally formed by increasing the crystal pull rate and the heat supplied to the crucible. When the diameter is small enough, the crystals separate from the melt.
【0003】
最近、単結晶シリコンにおける多くの欠陥が、凝固後に結晶が冷却するととも
に、結晶成長室において形成されることが見い出された。そのような欠陥は、部
分的に、空孔および自己格子間原子である結晶格子における過剰(即ち、溶解限
度を越える濃度)の真性点欠陥の存在に原因して生じる。メルトから成長するシ
リコン結晶は一般に、過剰の、結晶格子空孔(V)またはシリコン自己格子間原
子(I)のいずれか1つの種類の真性点欠陥を有して成長する。シリコンにおけ
るこれらの点欠陥の種類および初期濃度は凝固の際に決まり、および、これらの
濃度が系における臨界過飽和のレベルに達し、点欠陥の移動性が充分に高い場合
に、反応または凝集事象が起こりうることが報告されている。シリコンにおける
凝集真性点欠陥は、複雑な高集積回路の製造において、材料の歩留まり能に大き
な影響を与える。Recently, many defects in single crystal silicon have been found to form in the crystal growth chamber as the crystal cools after solidification. Such defects result, in part, from the presence of excess (ie, concentrations above the solubility limit) intrinsic point defects in the crystal lattice that are vacancies and self-interstitials. Silicon crystals grown from the melt generally grow with an excess of one type of intrinsic point defect, either a crystal lattice vacancy (V) or a silicon self-interstitial (I). The type and initial concentration of these point defects in silicon are determined during solidification, and when these concentrations reach the level of critical supersaturation in the system and the point defect mobility is sufficiently high, a reaction or aggregation event occurs. It has been reported that this can happen. Agglomerated intrinsic point defects in silicon have a significant impact on the yield capability of materials in the fabrication of complex, highly integrated circuits.
【0004】
空孔型欠陥は、D欠陥、フローパターン欠陥(FPD)、ゲートオキシドイン
テグリティ(GOI)欠陥、結晶起源パーティクル(COP)欠陥、結晶起源ラ
イトポイント欠陥(LPD)のような観察しうる結晶欠陥、ならびに、走査赤外
線鏡検法およびレーザー走査断層撮影法のような赤外線散乱法によって観察され
るある種のバルク欠陥の起源であると考えられる。リング酸化誘起積層欠陥(O
ISF)の核として作用する欠陥も、過剰空孔領域に存在する。この特定の欠陥
は、過剰空孔の存在によって触媒される高温有核酸素凝集物であると考えられる
。Vacancy type defects are observable crystals such as D defects, flow pattern defects (FPD), gate oxide integrity (GOI) defects, crystalline origin particle (COP) defects, and crystalline origin light point defects (LPD). It is believed to be the source of defects and certain bulk defects observed by infrared scattering methods such as scanning infrared microscopy and laser scanning tomography. Ring oxidation induced stacking fault (O
Defects that act as nuclei of ISF) also exist in the excess vacancy region. This particular defect is believed to be a hot nucleated oxygen agglomerate catalyzed by the presence of excess vacancies.
【0005】
自己格子間原子に関係する欠陥は、あまり研究されていない。それらは一般に
、低密度の格子間原子型転位ループまたはネットワークであると考えられる。そ
のような欠陥は、重要なウエハ性能の基準であるゲートオキシドインテグリティ
欠陥に関与しないが、それらは、一般に漏れ電流の問題に関係する他の種類のデ
バイス欠陥の原因であることが広く認識されている。Defects associated with self-interstitial atoms have not been well studied. They are generally considered to be low density interstitial dislocation loops or networks. Although such defects do not contribute to gate oxide integrity defects, which are an important wafer performance criterion, it is widely recognized that they are the cause of other types of device defects commonly associated with leakage current problems. There is.
【0006】
チョクラルスキーシリコンにおける、そのような空孔および自己格子間原子凝
集欠陥の密度は一般に、約1*103/cm3〜約1*107/cm3の範囲である。
これらの値は比較的低いが、凝集真性点欠陥は、デバイス製造者にとってますま
す重大な問題になってきており、実際に、デバイス製造工程における歩留まり制
限要因であると考えられている。The density of such vacancies and self-interstitial agglomeration defects in Czochralski silicon is generally in the range of about 1 * 10 3 / cm 3 to about 1 * 10 7 / cm 3 .
Although these values are relatively low, agglomerated intrinsic point defects are becoming an increasingly serious problem for device manufacturers and are in fact considered to be the yield limiting factor in the device manufacturing process.
【0007】
現在のところ、凝集真性点欠陥の問題に対処する3つの主要な方法が存在する
。第一の方法は、インゴットにおける凝集真性点欠陥の数密度を減少させるため
に、結晶引き取り方法に焦点を当てる方法を包含する。この方法は、空孔優勢材
料を形成させる結晶引き取り条件を有する方法、および、自己格子間原子優勢材
料を形成させる結晶引き取り条件を有する方法に、さらに分類することができる
。例えば、(i)結晶格子空孔が優勢真性点欠陥である結晶を成長させるように
v/GOを調節し、および(ii)結晶引き取り工程の間に、約1100℃から
約1050℃へのシリコンインゴットの冷却速度を変化させる(一般に、減少さ
せる)ことによって凝集欠陥の核形成速度に影響を与えることによって、凝集欠
陥の数密度を減少させうることが報告されている。この方法は、凝集欠陥の数密
度を減少させるが、凝集欠陥の形成を防止することはできない。デバイス製造者
の要求はますます厳しくなっているので、これらの欠陥の存在はより重大な問題
になっている。Currently, there are three main approaches to address the problem of agglomerated intrinsic point defects. The first method involves focusing on the crystal pulling method to reduce the number density of agglomerated intrinsic point defects in the ingot. This method can be further classified into a method having a crystal pulling condition for forming a vacancy dominant material and a method having a crystal pulling condition for forming a self-interstitial dominant material. For example, crystals adjust the v / G O to grow, and (ii) during crystallization taking over step, from about 1100 ° C. to about 1050 ° C. is (i) predominant intrinsic point defect crystal lattice vacancies are It has been reported that the number density of agglomerated defects can be reduced by affecting the nucleation rate of agglomerated defects by changing (generally decreasing) the cooling rate of the silicon ingot. Although this method reduces the number density of agglomerate defects, it cannot prevent the formation of agglomerate defects. The presence of these defects is becoming a more serious problem as device manufacturers are becoming more demanding.
【0008】
結晶本体の成長の間に、引き取り速度を約0.4mm/分未満の値に減少させる
ことも提案されている。しかし、そのように遅い引き取り速度は、核結晶引き取
り装置の処理量を減少させる故に、この方法も満足なものではない。より重要な
ことに、そのような引き取り速度は、高濃度の自己格子間原子を有する単結晶シ
リコンの形成に導く。このような高濃度は、次に、凝集自己格子間原子欠陥の形
成、およびそのような欠陥に伴って生じる全ての問題に導く。It has also been proposed to reduce the take-off rate to a value of less than about 0.4 mm / min during the growth of the crystal body. However, such a slow pulling rate also reduces the throughput of the nuclear puller, so this method is also unsatisfactory. More importantly, such a withdrawal rate leads to the formation of single crystal silicon with a high concentration of self-interstitial atoms. Such high concentrations, in turn, lead to the formation of agglomerated self-interstitial defects and all the problems associated with such defects.
【0009】
凝集真性点欠陥の問題に対処する第二の方法は、それらの形成後の、凝集真性
点欠陥の溶解または消滅に焦点を当てる方法を包含する。これは一般に、ウエハ
形態のシリコンの高温熱処理によって行われる。例えば、Fusegawaらは、ヨーロ
ッパ特許出願第503816A1において、0.8mm/分より速い成長速度にお
いてシリコンインゴットを成長させ、インゴットからスライスされるウエハを1
150℃〜1280℃の温度で熱処理して、ウエハ表面に近い薄い領域において
欠陥密度を減少させることを提案している。必要とされる特定処理は、ウエハに
おける凝集真性点欠陥の濃度および位置によって変化する。そのような欠陥の均
一軸方向濃度を有さない結晶からカットされる種々のウエハは、種々の後成長処
理条件を必要とする。さらに、そのようなウエハ熱処理は、比較的コストが高く
、シリコンウエハに金属性不純物を導入する可能性があり、全てのタイプの結晶
に関係する欠陥に全般的に有効なわけではない。A second approach to addressing the problem of agglomerated intrinsic point defects involves focusing on the dissolution or disappearance of the agglomerated intrinsic point defects after their formation. This is typically done by high temperature heat treatment of silicon in wafer form. For example, Fusegawa et al., In European Patent Application No. 503816A1, have grown a silicon ingot at a growth rate greater than 0.8 mm / min and prepared a wafer 1 sliced from the ingot.
It is proposed to perform a heat treatment at a temperature of 150 ° C. to 1280 ° C. to reduce the defect density in a thin region near the wafer surface. The specific processing required will depend on the concentration and location of agglomerated intrinsic point defects on the wafer. Different wafers cut from crystals that do not have such a uniform axial concentration of defects require different post-growth processing conditions. Moreover, such wafer heat treatments are relatively costly, can introduce metallic impurities into silicon wafers, and are not generally effective in defects associated with all types of crystals.
【0010】
凝集真性点欠陥の問題に対処する第三の方法は、単結晶シリコンウエハの表面
におけるシリコンの薄い結晶質層のエピタキシャル付着である。この方法は、凝
集真性点欠陥を実質的に有さない表面を有する単結晶シリコンウエハを与える。
しかし、エピタキシャル付着は、ウエハのコストをかなり増加させる。A third method to address the problem of agglomerated intrinsic point defects is the epitaxial deposition of a thin crystalline layer of silicon on the surface of a single crystal silicon wafer. This method provides a single crystal silicon wafer having a surface that is substantially free of agglomerated intrinsic point defects.
However, epitaxial deposition adds significantly to the cost of the wafer.
【0011】
(発明の開示)
これらの事情を考慮して、凝集真性点欠陥の形成を、それらを生じる凝集反応
を抑制することによって防止する、単結晶シリコンの製造方法が求められている
。そのような欠陥が形成される速度を単に制限するか、または欠陥が形成された
後に、いくらかの欠陥を消滅させるのではなく、凝集反応を抑制する働きをする
方法が、凝集真性点欠陥を含まないかまたは実質的に含まないシリコン基材を与
える。そのような方法は、エピタキシャル法に伴う高コストを必要とせずに、エ
ピ様歩留まり能(epi-like yield potential)を有する単結晶シリコンウエハも
与える。DISCLOSURE OF THE INVENTION In consideration of these circumstances, there is a demand for a method for producing single crystal silicon that prevents the formation of agglomerated intrinsic point defects by suppressing the agglutination reaction that causes them. Methods that act to suppress the agglutination reaction, rather than simply limiting the rate at which such defects are formed, or eliminating some of the defects after they are formed, include agglomerated intrinsic point defects. A silicon substrate is provided which is free or substantially free. Such a method also provides single crystal silicon wafers with epi-like yield potential without the high costs associated with epitaxial methods.
【0012】
真性点欠陥の凝集によって生じる欠陥を実質的に有さないシリコン単結晶イン
ゴットを成長させうることが知られている(例えば、PCT/US98/073
56号およびPCT/US8/07304号参照)。凝集反応抑制の主要なメカ
ニズムは、真性点欠陥の半径方向外方拡散(radial out-diffusion)である。凝
集反応が生じる温度TAより高い結晶温度において充分な時間を与えた場合、自
己格子間原子および空孔が、相互に会合し消滅するか、または、インゴットの表
面のシンク(sinks)に拡散する。It is known that silicon single crystal ingots can be grown that are substantially free of defects caused by the aggregation of intrinsic point defects (eg, PCT / US98 / 073).
56 and PCT / US8 / 07304). The major mechanism of inhibition of agglutination is radial out-diffusion of intrinsic point defects. When sufficient time is given at a crystal temperature higher than the temperature T A at which the agglutination reaction occurs, self-interstitial atoms and vacancies associate with each other and disappear, or diffuse into sinks on the surface of the ingot. .
【0013】
シリコン自己格子間原子は、シリコンの凝固温度に近い温度、即ち約1410
℃において、非常に移動性になると考えられる。しかし、この移動性は、単結晶
シリコンインゴットの温度が減少するとともに、減少する。一般に、自己格子間
原子の拡散速度は、それらが約700℃未満の温度、おそらくは、800℃、9
00℃、1000℃、さらには1050℃もの高い温度において、商業的実用時
間にわたって基本的に非移動性であるような程度のかなり遅い速度である。The silicon self-interstitials have a temperature close to the solidification temperature of silicon, that is, about 1410.
It is believed to be very mobile at ° C. However, this mobility decreases as the temperature of the single crystal silicon ingot decreases. Generally, the diffusion rates of self-interstitial atoms are such that they are below about 700 ° C, perhaps 800 ° C, 9
At temperatures as high as 00 ° C, 1000 ° C, or even 1050 ° C, the rates are fairly slow such that they are essentially immobile over commercial practical hours.
【0014】
これに関係して、自己格子間原子凝集反応が起こる温度は、理論的には広い温
度範囲に及ぶが、事実上、この範囲は、一般的チョクラルスキー成長シリコンに
関しては比較的狭いと考えられることに注意すべきである。これは、チョクラル
スキー法によって成長されるシリコンにおいて一般に得られる、比較的狭い範囲
の初期自己格子間原子濃度による結果である。従って、一般に、自己格子間原子
凝集反応は、約1100℃〜約800℃の温度(TA)、一般的には約1050
℃の温度において、起こりうる。In this connection, the temperature at which the self-interstitial agglomeration reaction takes place theoretically extends over a wide temperature range, but in practice this range is relatively narrow for typical Czochralski-grown silicon. It should be noted that this is considered. This is a result of the relatively narrow range of initial self-interstitial concentration that is commonly obtained in silicon grown by the Czochralski method. Thus, in general, a self-interstitial agglomeration reaction is at a temperature (T A ) of about 1100 ° C. to about 800 ° C., typically about 1050 ° C.
It can occur at temperatures of ° C.
【0015】
自己格子間原子が移動性であると考えられる温度範囲内においてインゴットの
冷却速度を調節することによって、自己格子間原子が、それらが消滅しうる結晶
表面に位置するシンクまたは空孔優勢領域に拡散する時間を、より長くすること
ができる。従って、自己格子間原子が凝集するのに充分に移動性である温度にお
いて、自己格子間原子の過飽和(即ち、溶解限度より高い濃度)が起こらないよ
うにするのに充分に低いレベルに、そのような自己格子間原子の濃度を抑制でき
る。同じ原理がシリコン空孔にも適用される。しかし、空孔の相対的非移動性が
、それらの外方拡散をより困難にする。By adjusting the cooling rate of the ingot within the temperature range in which the self-interstitial atoms are considered to be mobile, the self-interstitial atoms are dominated by sinks or vacancies located at the crystal surface where they can disappear. The time to diffuse into the area can be longer. Therefore, at a temperature low enough to prevent supersaturation of self-interstitials (ie, concentrations above the solubility limit) from occurring at temperatures at which the self-interstitials are sufficiently mobile to agglomerate. The concentration of such self-interstitials can be suppressed. The same principle applies to silicon vacancies. However, the relative immobility of the vacancies makes their outdiffusion more difficult.
【0016】
既存の結晶引き取り装置において凝集ミクロ欠陥を有さない単結晶インゴット
を製造することは可能であるが、結晶引き取り装置およびインゴットの操作にお
いて、多くの矛盾する条件が存在する。無欠陥単結晶インゴット製造の商業的実
用性に著しく影響を与える妥協をする必要がある。単結晶シリコンインゴットの
成長を、図1に概略図で示す。シリコンが、約1410℃においてメルトからイ
ンゴットに凝固し、次に、連続的に冷却される。メルト表面より上のインゴット
の長さL(TA)に沿ったある位置において、インゴットが、凝集反応が起こる
等温線TA(例えば1050℃)を通過する。インゴットは、成長する間に、こ
の点を通過する。While it is possible to produce single crystal ingots that do not have agglomerated micro-defects in existing crystal pullers, there are many conflicting conditions in the operation of crystal pullers and ingots. There is a need to make compromises that significantly impact the commercial viability of defect-free single crystal ingot production. The growth of a single crystal silicon ingot is shown schematically in FIG. Silicon solidifies from the melt into an ingot at about 1410 ° C., then continuously cooled. At some position along the length L (T A ) of the ingot above the melt surface, the ingot passes the isotherm T A (eg 1050 ° C.) at which the agglutination reaction occurs. The ingot passes through this point as it grows.
【0017】
基本的に、成長しつつある無欠陥インゴットは、凝集反応が起こる温度TA(
例えば1050℃)より高い温度においてインゴットの充分に長い滞留時間が得
られるように、ホットゾーンにおける温度分布を誘導して、真性点欠陥の外方拡
散が可能になるようにする必要がある。TAより高い温度におけるインゴットの
軸方向セグメントの滞留時間を最大限にすることは、引き上げ速度を遅くするこ
とを必要とする。しかし、引き上げ速度を遅くすることは、結晶引き取り装置の
処理量を著しく減少させる。Basically, the growing defect-free ingot has a temperature T A (
In order to obtain a sufficiently long residence time of the ingot at a temperature higher than (for example, 1050 ° C.), it is necessary to induce the temperature distribution in the hot zone to allow the out-diffusion of the intrinsic point defects. Maximizing the residence time of the ingot axial segment at temperatures above T A requires slower pull rates. However, slowing the pulling rate significantly reduces the throughput of the crystal puller.
【0018】
インゴットの各軸方向セグメントに必要とされる、TAより高い温度における
滞留時間は、自己格子間原子真性点欠陥が優勢であるように結晶を成長させるこ
とによって、いくらか減少させることができる。自己格子間原子欠陥は、空孔欠
陥よりかなり移動性である。欠陥の初期濃度を最少限にすることも必要である。
しかし、欠陥の数を最少限にするために、引き上げ速度を、格子間原子成長条件
の範囲で最大限にしなければならない。The dwell time at temperatures above T A required for each axial segment of the ingot can be reduced somewhat by growing the crystal so that the self-interstitial intrinsic point defects dominate. it can. Self-interstitial defects are much more mobile than vacancy defects. It is also necessary to minimize the initial concentration of defects.
However, in order to minimize the number of defects, the pulling rate must be maximized within the interstitial growth conditions.
【0019】
全長にわたって凝集ミクロ欠陥を実質的に有さない単結晶インゴットを製造す
るために、インゴットの全使用可能長さに沿った各軸方向セグメントが、真性点
欠陥を外方拡散させるために必要な時間でTAより高い温度に滞留した後にのみ
、TAを通過しなければならない。従って、インゴットの使用不可能エンドコー
ンが形成されている間でさえ、同じ比較的遅い引き上げ速度を維持しなければな
らない。さらに、インゴットの使用可能定直径部分の下方末端がTAより高い温
度において充分な滞留時間を有するように、インゴットが形成された後でさえ、
インゴットを同様の遅い速度で引き上げなければならない。In order to produce a single crystal ingot that is substantially free of agglomerated microdefects along its entire length, each axial segment along the entire usable length of the ingot allows for the outward diffusion of intrinsic point defects. It must pass through T A only after dwelling above T A for the required time. Therefore, the same relatively slow pull rate must be maintained even while the unusable end cone of the ingot is being formed. Furthermore, even after the ingot has been formed, such that the lower end of the usable constant diameter portion of the ingot has sufficient residence time at temperatures above T A.
The ingot must be pulled at a similar slow rate.
【0020】
引き上げ速度と真性点欠陥の外方拡散に必要とされる滞留時間との拮抗は、成
長した結晶の直径が増加するとともに、より深刻になる。インゴットの直径が増
加するとともに、欠陥の数も増加し、欠陥がインゴットの表面に拡散しなければ
ならない距離も増加する。The antagonism between pulling rate and residence time required for out-diffusion of intrinsic point defects becomes more severe as the diameter of grown crystals increases. As the diameter of the ingot increases, so does the number of defects and the distance that the defects must spread to the surface of the ingot.
【0021】
さらに、自己格子間原子の外方拡散の時間を最少限にすることは、初期格子間
原子濃度の半径方向変化を最少限にするのに好ましい。これは、軸方向温度勾配
GO(r)の半径方向変化を最少限にすることによって行われる。軸方向温度勾
配の半径方向変化を最少限にするために、シリコンメルトの表面においてインゴ
ットにおける軸方向温度勾配GOの平均値を最少限にするのが好ましい。しかし
、格子間原子成長条件を達成する引き上げ速度を最大限にするために、GOの平
均値を最少限にするのが好ましい。Furthermore, minimizing the time for outdiffusion of self-interstitial atoms is preferable for minimizing the radial change in the initial interstitial atom concentration. This is done by minimizing the radial variation of the axial temperature gradient G O (r). In order to minimize the radial variation of the axial temperature gradient, it is preferable to minimize the average value of the axial temperature gradient G O in the ingot on the surface of the silicon melt. However, it is preferable to minimize the average value of G O in order to maximize the pulling rate that achieves the interstitial growth conditions.
【0022】
実際に、凝集真性点欠陥を実質的に有さない単結晶シリコンインゴットを製造
するために、結晶引き取り装置の操作において非常に厳しい工程管理を維持しな
ければならない。さらに、結晶引き取り装置の処理量が顕著に減少する。従って
、結晶引き取り装置の操作を、真性点欠陥を拡散させるのに必要な条件から切り
離すかまたは実質的に切り離す、凝集真性点欠陥を有さない単結晶インゴットを
成長させる方法が、現在必要とされている。Indeed, in order to produce a single crystal silicon ingot that is substantially free of agglomerated intrinsic point defects, very tight process control must be maintained in the operation of the crystal puller. Moreover, the throughput of the crystal puller is significantly reduced. Therefore, there is currently a need for a method of growing single crystal ingots without agglomerated intrinsic point defects that decouples or substantially decouples the operation of the crystal puller from the conditions required to diffuse the intrinsic point defects. ing.
【0023】
本発明のいつくかの目的および特徴は、インゴットの全使用可能長さにわたっ
て凝集真性点欠陥を実質的に有さない単結晶シリコンインゴットを製造する方法
を提供し;結晶引き取り装置の処理量を実質的に減少させないそのような方法を
提供し;結晶引き取り装置の操作条件を、無欠陥インゴットの製造条件から実質
的に切り離す、そのような方法を提供し;結晶引き取り装置の、無欠陥インゴッ
トを製造するための引き取り速度の制限を、実質的に軽減する、そのような方法
を提供し:および、結晶引き取り装置の、平均軸方向温度勾配GOの制限を、実
質的に軽減するそのような方法を提供することである。Some objects and features of the present invention provide a method of manufacturing a single crystal silicon ingot that is substantially free of agglomerated intrinsic point defects over the entire usable length of the ingot; Providing such a method which does not substantially reduce the quantity; providing such a method which decouples the operating conditions of the crystal puller from the manufacturing conditions of the defect-free ingot; limits take-off speed for producing ingot, is substantially reduced, to provide such a method: and, the crystal withdrawal device, the limit of the average axial temperature gradient G O, substantially reduce its It is to provide such a method.
【0024】
従って、簡単に言えば、本発明は、シードコーン(seed-cone)、エンドコー
ン、およびシードコーンとエンドコーンの間の定直径部分、を有する単結晶シリ
コンインゴットの製造法に関する。インゴットは、チョクラルスキー法によって
シリコンメルトから成長させる。一般に、その方法は、シリコンメルトからイン
ゴットを成長させ、および、インゴットの少なくとも定直径部分が凝集真性点欠
陥を実質的に有さないように、インゴットが成長している間に、インゴットにお
ける真性点欠陥の凝集が起こる温度TAより低い温度に、インゴットのどの部分
も冷却しないように、インゴットの温度を調節することを含んで成る方法である
。Briefly, therefore, the present invention is directed to a method of making a single crystal silicon ingot having a seed-cone, an end cone, and a constant diameter portion between the seed cone and the end cone. The ingot is grown from silicon melt by the Czochralski method. Generally, the method grows an ingot from a silicon melt and, while the ingot is growing, the intrinsic point in the ingot is such that at least the constant diameter portion of the ingot is substantially free of agglomerated intrinsic point defects. A method comprising adjusting the temperature of the ingot so that it does not cool any part of the ingot below the temperature T A at which defect agglomeration occurs.
【0025】
本発明は、シードコーン、エンドコーン、およびシードコーンとエンドコーン
の間の定直径部分、を有する単結晶シリコンインゴットを製造する方法にも関す
る。インゴットは、チョクラルスキー法によってシリコンメルトから結晶引き取
り装置で成長させる。該結晶引き取り装置は、下方成長室および上方成長室を有
し、該方法は、種結晶を下に降ろして、結晶引き取り装置の成長室に装填されて
いるシリコンメルトに接触させ、種結晶をメルトから引き上げて、メルトからの
シリコンを凝固(freeze)させて、単結晶シリコンインゴットを形成することを
含んで成る。充分に形成されたインゴットを、引き取り室に引き上げ、次に、引
き取り室の温度を、インゴットにおける真性点欠陥の凝集が起こる温度TAより
高い温度に維持しながら、引き取り室を成長室から孤立させる。The present invention also relates to a method of making a single crystal silicon ingot having a seed cone, an end cone, and a constant diameter portion between the seed cone and the end cone. The ingot is grown from the silicon melt by the Czochralski method with a crystal pulling apparatus. The crystal puller has a lower growth chamber and an upper growth chamber, and the method lowers the seed crystal into contact with the silicon melt loaded in the growth chamber of the crystal puller to melt the seed crystal. And freezing the silicon from the melt to form a single crystal silicon ingot. The fully formed ingot is raised into the take-off chamber and then the take-off chamber is isolated from the growth chamber while maintaining the temperature of the take-up chamber above the temperature T A at which agglomeration of intrinsic point defects in the ingot occurs. .
【0026】
本発明の他の目的および特徴は、一部は明らかであり、一部は下記に示される
。Other objects and features of the invention will in part be obvious and will in part appear below.
【0027】
図面において、対応する符号は、いくつかの図面を通じて対応する部分を示す
。In the drawings, corresponding reference numerals indicate corresponding parts throughout the drawings.
【0028】
図面、特に図3を参照すると、一般に10で示される結晶引き取り装置を有す
る本発明の方法を実施する装置が、略図で示されている。結晶引き取り装置は、
シリコンメルトMを含有するルツボ14を有する成長室12を有する。ルツボ1
4は、従来のように、成長室12内に、回転するように配置される。結晶引き取
り装置10は、ルツボ14内のシリコンを加熱して、その溶融状態を作り、その
状態を維持する、従来の加熱器および断熱材(図示せず)も有する。結晶引き取
り装置10はさらに、成長室12の上に位置し、溶融シリコンMから成長される
単結晶シリコンインゴットIを受け取るために成長室の方に開くことができる、
引き取り室16も有して成る。引き取り室16は、種結晶チャック22を末端に
有する引き取りワイヤ20を引き上げたり降ろしたりする、ウインチ機構18を
有する。代替的に、引き取りワイヤではなくシャフトを使用する引き取り機構(
図示せず)を、使用することもできる。チャック22は、ショクラルスキー法に
よるインゴットIの形成を開始するために使用される種結晶(図示せず)を保持
する。Referring to the drawings, and in particular to FIG. 3, an apparatus for carrying out the method of the present invention having a crystal pulling apparatus, generally indicated at 10, is shown in schematic form. The crystal take-up device is
It has a growth chamber 12 having a crucible 14 containing a silicon melt M. Crucible 1
4 is rotatably arranged in the growth chamber 12 as is conventional. The crystal puller 10 also has a conventional heater and heat insulator (not shown) that heats the silicon in the crucible 14 to create and maintain its molten state. The crystal puller 10 is further located above the growth chamber 12 and can be opened towards the growth chamber to receive a single crystal silicon ingot I grown from the molten silicon M,
It also comprises a take-off chamber 16. The take-up chamber 16 has a winch mechanism 18 for raising and lowering a take-up wire 20 having a seed crystal chuck 22 at its end. Alternatively, a take-up mechanism (using a shaft rather than take-up wire (
(Not shown) can also be used. The chuck 22 holds a seed crystal (not shown) used to start the formation of the ingot I by the Szochralski method.
【0029】
引き取り室16は、成長室12に対して引き取り室を閉じる弁24を有する。
同様に、成長室12は、引き取り室16に対して成長室を閉じるそれ自体の弁2
6を有する。引き取り室は、成長室12の上に着脱可能に配置され、それによっ
て、引き取り室16全体を、成長室から除去することができる。この装置はさら
に、もう1つの引き取り室16’も有する(もう1つの引き取り室16’の対応
する部分は、数字の後に「’」をつけた引き取り室16と同じ数字によって示さ
れる)。もう1つの引き取り室16’は、成長室12の上に配置され、もう1つ
のインゴットI’を成長させるために使用することができる。しかし、図3に示
すように、1つのインゴットIが、引き取り室16において成長され、一方、も
う1つのインゴットI’が、成長室12から離れた位置において、もう1つの引
き取り室16’に保持される。The collection chamber 16 has a valve 24 that closes the collection chamber 12 with respect to the growth chamber 12.
Similarly, the growth chamber 12 has its own valve 2 which closes the growth chamber 16 with respect to the take-off chamber 16.
Have six. The take-off chamber is removably arranged on the growth chamber 12 so that the entire take-off chamber 16 can be removed from the growth chamber. The device also has another take-off chamber 16 '(corresponding parts of the other take-off chamber 16' are indicated by the same numbers as the take-off chamber 16 followed by a "'"). Another take-up chamber 16 'is located above the growth chamber 12 and can be used to grow another ingot I'. However, as shown in FIG. 3, one ingot I is grown in the take-off chamber 16 while another ingot I ′ is kept in the other take-off chamber 16 ′ at a position remote from the growth chamber 12. To be done.
【0030】
本発明の原理によって実施される方法を、図3に示す装置に関して説明する。
理解されるように、この方法は、他の装置(そのいくつかの例が、下記に記載さ
れている)によっても実施することができる。例えば、固体ポリシリコンをルツ
ボ14に入れ、加熱器にエネルギーを与えてシリコンを溶融させてシリコンメル
トMを形成することによって、先ず結晶引き取り装置10を従来の方法で準備す
る。ウインチ機構18を作動させて、引き取りワイヤ20を繰り出し、チャック
22を降ろし、それによって、種結晶がメルトの表面に接触する。ルツボ14お
よび引き取りワイヤ20は両方とも、垂直方向軸の周りを回転する。種結晶が溶
融し始めるとともに、ウインチ機構18が作動して、引き取りワイヤ20をゆっ
くり巻き入れ、種結晶をメルトから引き上げる。メルトMからのシリコンが、単
結晶格子において種結晶の上に凝固し、それによって、インゴットIが形成し始
める。A method implemented in accordance with the principles of the present invention will be described with respect to the apparatus shown in FIG.
As will be appreciated, this method can also be performed by other devices, some examples of which are described below. For example, solid polysilicon is placed in the crucible 14 and energy is applied to the heater to melt the silicon to form the silicon melt M, thereby first preparing the crystal pulling apparatus 10 in a conventional manner. The winch mechanism 18 is actuated to unwind the draw wire 20 and lower the chuck 22, whereby the seed crystal contacts the surface of the melt. Both the crucible 14 and the take-up wire 20 rotate about a vertical axis. As the seed crystal begins to melt, the winch mechanism 18 operates to slowly wind the take-up wire 20 and pull the seed crystal from the melt. Silicon from the melt M solidifies on the seed crystal in the single crystal lattice, whereby the ingot I begins to form.
【0031】
インゴットは初めにシードコーンSCを有し、このシードコーンは、所望され
るインゴット直径(一般に、インゴットから最終的に形成される半導体ウエハの
所望直径よりいくらか大きい)に相当する点まで増加する直径を有する。引き取
り速度を調節し、インゴットIを加熱することによって、定直径部分CDを成長
させる。定直径部分CDが所望の長さに達した際に、メルトMからインゴットI
を分離するために、エンドコーンEC’(もう1つのインゴットI’だけに図示
されている)を形成させる。この長さは、結晶引き取り装置10の形状によって
制限される。エンドコーンEC’も、インゴットの引き上げ速度を調節し(即ち
、一般に増加させる)、熱を適用することによって、形成される。メルトMから
分離した後に、インゴットIを引き取り室16内に完全に引き上げる。The ingot initially has a seed cone SC which is increased to a point corresponding to the desired ingot diameter (generally somewhat larger than the desired diameter of the semiconductor wafer ultimately formed from the ingot). Has a diameter that The constant diameter portion CD is grown by adjusting the take-up speed and heating the ingot I. When the constant-diameter portion CD reaches the desired length, the melt M ingot I
To form the end cone EC '(shown only in another ingot I'). This length is limited by the shape of the crystal puller 10. The end cone EC 'is also formed by adjusting (ie, generally increasing) the ingot pulling rate and applying heat. After being separated from the melt M, the ingot I is completely pulled up into the take-up chamber 16.
【0032】
本発明の方法によれば、インゴットIの温度は、インゴットの成長の間に真性
点欠陥が過飽和になって凝集する温度TAより高い温度に維持される。特に、イ
ンゴットIのどの部分も、結晶が成長する間に温度TAに冷却しないようされる
。従って、図1に示される従来のチョクラルスキー法の例と異なり、インゴット
Iは、成長する間に、等温線TAを決して通過することはない。TAにおける等温
線の存在によって以前に生じていた単結晶シリコンの製造における制限が、本発
明の方法によって取り除かれる。インゴットIの冷却の調節は、熱シールド、熱
の適用、またはその2つのある種の組合せによって行うことができると考えられ
る。例示される実施態様において、インゴットが引き取り室に近づき、入ってく
る際に、インゴットに熱を適用する加熱器30(図3に略図で示されている)が
、引き取り室16に取り付けられている。According to the method of the present invention, the temperature of the ingot I is maintained above the temperature T A at which the intrinsic point defects become supersaturated and aggregate during the growth of the ingot. In particular, no portion of ingot I is allowed to cool to temperature T A during crystal growth. Therefore, unlike the example of the conventional Czochralski method shown in FIG. 1, the ingot I never passes through the isotherm T A during growth. The limitation in the production of single crystal silicon previously caused by the presence of the isotherm at T A is eliminated by the method of the present invention. It is believed that adjustment of the cooling of the ingot I can be done by heat shields, application of heat, or some combination of the two. In the illustrated embodiment, a heater 30 (shown diagrammatically in FIG. 3) that applies heat to the ingot as it approaches and enters the collection chamber is attached to the collection chamber 16. .
【0033】
真性点欠陥の凝集が起こるのに必要な溶解限度より低い、インゴットにおける
所定濃度に、真性点欠陥が外方拡散するように選択される時間にわたって、イン
ゴットIがTAより高い温度に維持される。真性点欠陥の外方拡散に必要な時間
(下記に詳細に説明される)は一般に、結晶引き取り装置10の標準サイクル時
間より顕著に長い。この目的のために、本発明の方法は、インゴットIを、半導
体製造設備内の結晶引き取り装置10の位置から除去して、結晶引き取り装置が
インゴットの熱条件から独立してリサイクルされるようにすることも含んで成る
。インゴットIは、結晶引き取り装置10から除去される間、または除去された
後に、TAより高い温度に維持される。At a predetermined concentration in the ingot below the solubility limit required for the aggregation of the intrinsic point defects to occur, the ingot I is brought to a temperature above T A for a time selected to allow the intrinsic point defects to diffuse out. Maintained. The time required for outdiffusion of intrinsic point defects (discussed in detail below) is generally significantly longer than the standard cycle time of crystal puller 10. To this end, the method of the present invention removes ingot I from the location of crystal puller 10 in a semiconductor fabrication facility so that the crystal puller is recycled independent of the thermal conditions of the ingot. It also includes Ingot I is maintained at a temperature above T A during or after removal from crystal puller 10.
【0034】
図3に示す実施態様において、結晶引き取り装置10からのインゴットIの除
去は、成長した結晶を結晶引き取り室16内に完全に引き上げることを含む。引
き取り室16の弁24および、成長室12の弁26が閉まり、それらの室が相互
におよび周囲環境から孤立する。次に、図3におけるもう1つの引き取り室16
’の位置によって示されるように、引き取り室16を、成長室12から分離し、
移動して離す。真性点欠陥の充分な外方拡散が起こる時間まで、引き取り室16
は、インゴットIをTAより高い温度に維持する。次に、インゴットIを、周囲
温度に冷却し、半導体ウエハにさらに加工するために引き取り室16から除去す
る。In the embodiment shown in FIG. 3, removal of the ingot I from the crystal pulling apparatus 10 includes completely pulling the grown crystal into the crystal pulling chamber 16. The valve 24 of the take-off chamber 16 and the valve 26 of the growth chamber 12 are closed, isolating them from each other and from the surrounding environment. Next, another take-off chamber 16 in FIG.
Separating the take-off chamber 16 from the growth chamber 12, as indicated by the position '
Move and release. Until the time when sufficient outward diffusion of the intrinsic point defect occurs, the collection chamber 16
Keeps the ingot I above T A. The ingot I is then cooled to ambient temperature and removed from the take-off chamber 16 for further processing into semiconductor wafers.
【0035】
成長室12の加熱器を停止させ、それによって成長室が周囲温度に冷やされる
。次に、成長室を開け、それによって、ルツボ14を除去し、別の結晶に置き換
えることができる。ルツボ14に保持される固体ポリシリコンを溶融させて、新
しいメルトを形成する。引き取り室16を除去した後の適切な時期に、別の引き
取り室16’(初めに、その中に保持されているインゴットI’を除去する)を
成長室12の所定の位置に移動させる。引き取り室16’を、成長室12に取り
付け、引き取り室および成長室の弁24’および26を開いて、別の単結晶シリ
コンインゴットI’を成長させる。The heater of the growth chamber 12 is turned off, which cools the growth chamber to ambient temperature. The growth chamber can then be opened, thereby removing the crucible 14 and replacing it with another crystal. The solid polysilicon held in the crucible 14 is melted to form a new melt. At a suitable time after removing the take-off chamber 16, another take-off chamber 16 ′ (first removing the ingot I ′ held therein) is moved to a predetermined position in the growth chamber 12. The take-up chamber 16 'is attached to the growth chamber 12 and the take-off chamber and growth chamber valves 24' and 26 are opened to grow another single crystal silicon ingot I '.
【0036】
TAより高い温度にインゴットIを維持しなければならない合計時間は、真性
点欠陥の初期濃度、インゴットにおいて優勢な真性点欠陥の種類、および成長さ
れるインゴットの直径に依存する。次に、図2を参照すると、メルト表面におけ
るインゴットIにおける平均瞬間軸方向温度勾配GOに対する引き取り速度vの
比に対して、両方の種類の真性点欠陥の濃度がプロットされている。v/GOの
低い比において、自己格子間原子真性点欠陥[I]が優勢であり、高い比におい
ては、空孔欠陥[V]が優勢である。しかし、v/GOの臨界比(a critical ra
tio)において、両方の種類の真性点欠陥の濃度が最少限にされることが分かる
。現在のところ、この比は、約2.1×10-5cm2/sKであると考えられる
。v/GOの比を臨界値の近くに維持することが好ましいが、インゴットIの全
成長工程にわたって、特にシードコーンおよびエンドコーン末端において、これ
を行うことは困難である。本発明の特徴は、結晶引き取り装置10のサイクル時
間に顕著な影響を与えずに、本発明によって真性点欠陥の外方拡散が可能である
故に、インゴットIの成長がv/GO比に幾分低い依存性であることである。The total time that the ingot I must be maintained above T A depends on the initial concentration of intrinsic point defects, the type of intrinsic point defects predominant in the ingot, and the diameter of the grown ingot. Referring now to FIG. 2, the concentration of both types of intrinsic point defects is plotted against the ratio of the withdrawal rate v to the average instantaneous axial temperature gradient G O in the ingot I at the melt surface. v low in the ratio of / G O, self-interstitial intrinsic point defects [I] is dominant in the high specific, vacancies [V] is predominant. However, v / G O critical ratio (a critical ra
It can be seen in tio) that the concentrations of both types of intrinsic point defects are minimized. At present, this ratio is considered to be approximately 2.1 × 10 −5 cm 2 / sK. It is preferred that v ratio of / G O to keep close to the critical value, but over the entire growth process of the ingot I, especially in the seed corn and end cone end, it is difficult to do this. The feature of the present invention is that the growth of the ingot I depends on the v / G O ratio because the outward diffusion of the intrinsic point defects is possible according to the present invention without significantly affecting the cycle time of the crystal pulling apparatus 10. It is a low dependency.
【0037】
好ましくは、本発明の方法によって成長するインゴットIにおいて、自己格子
間原子型の真性点欠陥が優勢であるのが好ましい。自己格子間原子欠陥[I]は
、空孔欠陥[V]より移動性である。自己格子間原子の半径方向外方拡散は、空
孔の外方拡散より約10倍早い速さで起こる。言い換えるならば、空孔が優勢な
インゴットを外方拡散させるには、格子間原子が優勢なインゴットにおいて同濃
度の格子間原子を外方拡散させるのに要する時間の10倍の時間を要する。その
結果、v/GOの比が、インゴットIの成長のかなりの部分において、臨界値よ
り低く維持され、それによって、自己格子間原子欠陥が優勢であるようにするの
が好ましい。当然であるが、v/GOは、インゴットIの半径を横切って変化し
、それによって、インゴット中の欠陥の濃度および種類の半径方向の変化が存在
する。しかし、自己格子間原子欠陥が、外方拡散の間に空孔と再結合するのに充
分に優勢である限り、インゴットIの部分に関するv/GOの空孔優勢領域への
移動が許容され、それによって、両方の欠陥が消滅して、それらの濃度が溶解限
度より低く維持される。Preferably, in the ingot I grown by the method of the present invention, self-interstitial type intrinsic point defects are predominant. The self-interstitial defect [I] is more mobile than the vacancy defect [V]. Radial outdiffusion of self-interstitials occurs about 10 times faster than the outdiffusion of vacancies. In other words, it takes ten times as long as the time required for outdiffusion of the interstitial atoms having the same concentration in the ingot in which the interstitial atoms are dominant in order to outdiffuse the ingot in which the vacancies are dominant. As a result, v / G O ratio is, in significant part of the growth of the ingot I, is kept below the critical value, thereby preferably to self-interstitial defects are dominant. Not surprisingly, v / G O varies across the radius of the ingot I, so that there is a radial variation in the concentration and type of defects in the ingot. However, as long as the self-interstitial defects are predominant enough to recombine with vacancies during outdiffusion, v / G o for the portion of ingot I is allowed to move to the vacancy predominant region. , Thereby eliminating both defects and keeping their concentration below the solubility limit.
【0038】
しかし、本発明の方法は、空孔優勢材料にも使用しうると理解すべきである。
一般に、空孔優勢材料(存在する場合)は、インゴットの軸中心に存在し、およ
び、結晶の成長条件に依存して、中心からインゴットの縁に延在する。空孔優勢
材料が、中心から縁に延在しない場合に、空孔優勢材料のコアが、格子間原子優
勢材料の環状リング(annular ring)によって囲まれる。シリコン格子における
空孔の遅い移動性(シリコン自己格子間原子と比較した場合)の故に、空孔の表
面への外方拡散による空孔系の必要な弛緩(即ち、空孔濃度の抑制)を得るのに
要する時間が、比較的長くなる。従って、本発明の1つの実施態様においては、
既に存在する空孔に拡散して再結合してそれらを消滅させるシリコン自己格子間
原子をインゴットに注入(inject)することによって、空孔濃度を抑制するのに
要する時間を減少させる。この実施態様において、凝集反応が起こる温度より高
い温度にインゴットを維持しながら、インゴットの表面を酸化することによって
、シリコン自己格子間原子を注入することができる。例えば、その維持時間中に
、インゴットを酸化雰囲気(例えば、酸素またはスチームを含む雰囲気、全体的
ではないが、好ましくは実質的に、酸素またはスチームからなる雰囲気)に暴露
することによって、酸化を行うことができる。酸化皮膜は、数ミクロン(例えば
、3、4、5ミクロン)程度、さらには10ミクロンまたはそれ以上の厚みに、
成長できる。酸化皮膜の厚みが、酸化速度に影響を与える(それが、次に、シリ
コン自己格子間原子が注入される速度に影響を与える)故に、1サイクル、2サ
イクル、またはそれ以上のサイクルで、成長した酸化皮膜を剥離し(例えば、水
素またはHF蒸気による)、次に、維持時間中に結晶表面を再酸化するのが有利
である。However, it should be understood that the method of the present invention may also be used with pore-dominant materials.
Generally, the void-dominant material, if present, lies at the axial center of the ingot and extends from the center to the edge of the ingot, depending on the crystal growth conditions. When the vacancy-dominant material does not extend from the center to the edge, the core of the vacancy-dominant material is surrounded by an annular ring of interstitial-dominant material. Due to the slow mobility of vacancies in the silicon lattice (compared to silicon self-interstitials), the necessary relaxation of the vacancies system (ie suppression of vacancies concentration) by outdiffusion to the surface of vacancies is possible. It takes a relatively long time to obtain. Therefore, in one embodiment of the present invention,
The time required to suppress the vacancy concentration is reduced by injecting silicon self-interstitials into the ingot that diffuse into the existing vacancies and recombine to eliminate them. In this embodiment, silicon self-interstitials can be implanted by oxidizing the surface of the ingot while maintaining the ingot above the temperature at which the agglomeration reaction occurs. Oxidation is performed, for example, by exposing the ingot to an oxidizing atmosphere (eg, an atmosphere containing oxygen or steam, but not, but preferably substantially, an atmosphere of oxygen or steam during its maintenance time). be able to. The oxide film has a thickness of about several microns (for example, 3, 4, 5 microns), or even 10 microns or more,
Can grow Growth in one cycle, two cycles, or more cycles because the thickness of the oxide film affects the oxidation rate (which in turn affects the rate at which silicon self-interstitial atoms are implanted). It is advantageous to strip off the formed oxide film (for example with hydrogen or HF vapor) and then re-oxidize the crystal surface during the holding time.
【0039】
インゴットの直径が増加するとともに、真性点欠陥がより長い半径方向距離を
移動しなければならないというだけの理由から、成長しつつあるインゴットIの
直径が、真性点欠陥の拡散に要する時間に影響を与える。拡散に要する時間は、
インゴットの半径の二乗に比例する。従って、インゴットの定直径部分が約15
0mmである場合に、インゴットがTAより高い温度(即ち、1050℃、100
0℃、または900℃)に滞留する合計時間は、少なくとも約10時間、好まし
くは少なくとも約12時間、より好ましくは少なくとも約15時間であることが
見い出された。従って、200mmのインゴットが同様の系においてTAより高い
温度に滞留する合計時間は、少なくとも約22時間、好ましくは少なくとも約2
5時間、より好ましくは少なくとも約30時間であり、一方、300mmのインゴ
ットが同様の系においてTAより高い温度に滞留する合計時間は、少なくとも約
48時間、好ましくは少なくとも約60時間、より好ましくは少なくとも約75
時間である。それ以外の外方拡散の正確な時間は、本発明の範囲を逸脱せずに、
記載した以外のものであると理解される。The diameter of the growing ingot I depends on the time it takes for the diffusion of the intrinsic point defect, simply because the intrinsic point defect has to travel a longer radial distance as the diameter of the ingot increases. Affect. The time required for diffusion is
It is proportional to the square of the radius of the ingot. Therefore, the constant diameter part of the ingot is about 15
When it is 0 mm, the temperature of the ingot is higher than T A (ie, 1050 ° C., 100
The total residence time at 0 ° C, or 900 ° C) was found to be at least about 10 hours, preferably at least about 12 hours, more preferably at least about 15 hours. Thus, the total time a 200 mm ingot dwells above T A in a similar system is at least about 22 hours, preferably at least about 2 hours.
5 hours, more preferably at least about 30 hours, while the total time the 300 mm ingot dwells above T A in similar systems is at least about 48 hours, preferably at least about 60 hours, more preferably At least about 75
It's time. The exact time of out-diffusion other than that, without departing from the scope of the present invention,
It is understood that it is other than the one described.
【0040】
次に、図4を参照すると、第二の実施態様の方法が示されている。この方法は
、第一の実施態様の方法と同様であるが、但し、結晶引き取り装置110の引き
取り室116が、成長室112から除去されない。第二の実施態様において、引
き取り室116が、引き取り室の隣の保持室140に開放するように改良されて
いる。この方法の開示の便宜上、保持室140は、それが結晶引き取り装置に物
理的に取り付けられている場合でさえ、結晶引き取り装置110の部分を構成し
ないものとする。インゴットIが充分に成長し、引き取り室116に引き上げら
れた後に、引き取り室を保持室140から分離する戸(図示せず)を開き、イン
ゴットを保持室に移し、保持室において適切な時間にわたってTAより高い温度
にインゴットを維持する。インゴットIを保持室140に運ぶ軌道(track)1
42が示されている。示されている実施態様において、保持室140は加熱器1
44を有する。次に、保持室の熱環境を損なわずに、冷却および保持室140か
らのインゴットの除去を可能にする熱ロック(thermal lock)(図示せず)に、
インゴットを移す。その間に、引き取り室116を保持室140から分離する戸
を閉めることができる。別の単結晶インゴット(図示せず)を成長させるために
、別のウインチ機構および引き取りワイヤ(図示せず)を、引き取り室116の
所定の位置に移動させる。Referring now to FIG. 4, the method of the second embodiment is shown. This method is similar to the method of the first embodiment, except that the pulling chamber 116 of the crystal pulling device 110 is not removed from the growth chamber 112. In the second embodiment, the collection chamber 116 is modified to open to the holding chamber 140 next to the collection chamber. For convenience of disclosure of this method, the holding chamber 140 shall not form part of the crystal puller 110, even when it is physically attached to the crystal puller. After the ingot I has grown sufficiently and has been pulled up into the take-up chamber 116, a door (not shown) that separates the take-up chamber from the holding chamber 140 is opened, the ingot is transferred to the holding chamber, and the T Keep the ingot above A temperature. Track 1 that carries the ingot I to the holding chamber 140
42 is shown. In the embodiment shown, the holding chamber 140 includes the heater 1
Has 44. Next, a thermal lock (not shown) that allows cooling and removal of the ingot from the holding chamber 140 without compromising the thermal environment of the holding chamber,
Move the ingot. Meanwhile, the door separating the take-off chamber 116 from the holding chamber 140 can be closed. In order to grow another single crystal ingot (not shown), another winch mechanism and take-up wire (not shown) are moved into place in the take-off chamber 116.
【0041】
本発明の方法の第三の実施態様が、図5に示されている。引き取り室216を
移動させず、インゴットIを保持室240に移動させるので、この方法は図4に
示される方法に非常に似ている。主な違いは、保持室240が、引き取り室21
6の横ではなく上方に配置されることである。ここでもまた、既に成長したイン
ゴットIの熱条件に関係なく、結晶引き取り装置10における別のインゴットI
’の成長が起こるように、別のウインチ機構218’および引き取りワイヤ22
0’を移動させる。A third embodiment of the method of the present invention is shown in FIG. This method is very similar to the method shown in FIG. 4, since the ingot I is moved to the holding chamber 240 without moving the take-off chamber 216. The main difference is that the holding chamber 240 is the collecting chamber 21
It is to be placed above 6 rather than next to it. Again, another ingot I in the crystal pulling apparatus 10 will be used regardless of the thermal conditions of the already grown ingot I.
'Another winch mechanism 218' and take-up wire 22 so that growth of'takes place.
Move 0 '.
【0042】
成長したインゴットを成長室に保持して、外方拡散の充分な時間を与える本発
明の方法の前記実施態様において、引き取り室が不均一な熱プロファイルを有す
るのが好ましいことにも注意すべきである。言い換えるならば、成長したインゴ
ットの少なくとも一部が、凝集真性点欠陥が形成される温度(TA)より低い温
度に冷却されている故に、成長室から除去されるかまたは分離される際に、この
部分をTAより高い温度に維持する必要がない。実際に、温度が高すぎる場合に
(即ち、約1175℃、1200℃またはそれより高い温度以上)、拡散の結果
として、真性点欠陥の濃度が再び、溶解限度または臨界濃度より高くなる故に、
結晶のこの部分の温度プロファイルがTAを越えないのが好ましい。しかし、こ
の領域の温度は高くなりすぎてはならないが、インゴットの他の部分の温度は、
凝集が起こらないように充分に高い温度に維持しなければならない。It is also noted that in the above-described embodiment of the method of the present invention in which the grown ingot is held in the growth chamber to provide sufficient time for out-diffusion, it is preferred that the take-off chamber have a non-uniform thermal profile. Should. In other words, when at least some of the grown ingot is cooled or removed from the growth chamber because it has been cooled to a temperature below the temperature at which agglomerated intrinsic point defects are formed (T A ), It is not necessary to keep this part above T A. In fact, if the temperature is too high (ie above about 1175 ° C., 1200 ° C. or higher), the concentration of intrinsic point defects will again be above the solubility limit or critical concentration as a result of diffusion,
It is preferred that the temperature profile of this part of the crystal does not exceed T A. However, the temperature in this region should not be too high, while the temperature in other parts of the ingot is
The temperature must be maintained high enough so that no agglomeration occurs.
【0043】
不均一熱プロファイルが使用される場合、シードエンドからテールエンドにか
けて徐々に温度が上がるのが好ましく、一般に約1000℃〜約1200℃、好
ましくは約1050℃〜約1175℃の範囲で温度が上がる。次に、好ましくは
温度プロファイルが均一になるまで、TAより高い温度を有するインゴットの軸
方向の位置が、本発明の方法によって冷却される。次に、当分野において慣例で
あるように、インゴットをさらに冷却し、他の処理のために取り出す。When a heterogeneous heat profile is used, it is preferred that the temperature be gradually increased from the seed end to the tail end, generally in the range of about 1000 ° C to about 1200 ° C, preferably about 1050 ° C to about 1175 ° C. Goes up. The axial position of the ingot, which has a temperature above T A , is then cooled by the method of the invention, preferably until the temperature profile is uniform. The ingot is then further cooled and removed for further processing, as is customary in the art.
【0044】
不均一温度プロファイルが好ましいが、均一温度プロファイルも使用しうるこ
とに注意すべきである。しかし、均一プロファイルが使用される場合に、温度を
TAより充分に高くして、凝集が起こるのを防止しなければならないが、TAより
低い温度に以前に冷却された領域が再び臨界過飽和(前記に記載)にされるほど
高くしてはならない。従って、その温度は、好ましくは約1125℃〜約120
0℃、より好ましくは約1150℃〜約1175℃である。一旦インゴットが室
に入ると、この均一プロファイルの温度が本発明に従って下がり、インゴットを
TAより低い温度に冷却する。次に、当分野において慣例であるように、インゴ
ットをさらに冷却し、追加的な処理のために取り出す。It should be noted that although a non-uniform temperature profile is preferred, a uniform temperature profile can also be used. However, if a uniform profile is used, the temperature must be sufficiently higher than T A to prevent agglomeration from occurring, but the region previously cooled to a temperature below T A will once again reach critical supersaturation. It should not be so high as described above (described above). Therefore, the temperature is preferably about 1125 ° C to about 120 ° C.
It is 0 degreeC, More preferably, it is about 1150 degreeC to about 1175 degreeC. Once the ingot enters the chamber, the temperature of this uniform profile is reduced according to the present invention, cooling the ingot below T A. The ingot is then further cooled and removed for additional processing, as is conventional in the art.
【0045】 下記実施例は、本発明を例示するものである。[0045] The following example illustrates the invention.
【0046】
(実施例)
図6Aにダッシュ線(dashed line)で示されている速度(以下、「無欠陥」
成長速度曲線と称する)でインゴットを成長させた場合に、凝集真性点欠陥を全
く有さない材料を製造しうる結晶引き取り装置で、2つの200mmの結晶インゴ
ットを成長させた。2つの結晶を、図6Aに連続線で示されている同様の目標成
長速度で成長させ、成長速度を、標準化成長速度として記録した(即ち、一般に
、臨界成長速度に対する実際の成長速度の比として表される、臨界成長速度に対
する実際の成長速度)。示されているように、インゴットを、先ず、「無欠陥」
成長速度曲線より速い速度で所定時間にわたって成長させ、次に、「無欠陥」成
長速度曲線より遅い速度で所定時間にわたって成長させ、次に、再び、「無欠陥
」成長速度曲線より速い速度で所定時間にわたって成長させた。インゴットの成
長の終了後、第一インゴット(87GEX)を結晶成長室で自然に冷ました。し
かし、第二インゴット(87GEW)は、結晶成長室で自然に冷まさず;その代
わりに、インゴットの成長の終了後に、結晶引き取り装置のホットゾーンの加熱
器をつけたままにし、インゴットを引き取り室で30分間維持し;この間の温度
プロファイルは、シードエンドから約400mm以上のインゴットの領域を約10
50℃より高い温度に維持し、シードエンドから約400mm以下の領域は、約1
050℃より低い温度に維持するような温度プロファイルであった。(Example) The velocity indicated by a dashed line in FIG. 6A (hereinafter, “defect-free”)
Two 200 mm crystal ingots were grown in a crystal puller capable of producing a material with no agglomerated intrinsic point defects when the ingots were grown according to the growth rate curve). The two crystals were grown at similar target growth rates, shown as continuous lines in FIG. 6A, and the growth rates were recorded as standardized growth rates (ie, generally as a ratio of actual growth rate to critical growth rate). The actual growth rate relative to the critical growth rate, expressed). As shown, ingot first, "defect free"
Grow at a rate faster than the growth rate curve for a period of time, then at a rate slower than the "defect-free" growth rate curve for a period of time, then again at a rate faster than the "defect-free" growth rate curve. Grow over time. After the growth of the ingot, the first ingot (87GEX) was naturally cooled in the crystal growth chamber. However, the second ingot (87GEW) does not cool naturally in the crystal growth chamber; instead, after the growth of the ingot, leave the heater in the hot zone of the crystal pulling device on and keep the ingot in the pulling chamber. For 30 minutes; the temperature profile during this time is about 10 mm over the area of the ingot about 400 mm or more from the seed end.
Maintaining a temperature higher than 50 ° C, the area less than about 400mm from the seed end is about 1
The temperature profile was such that the temperature was maintained below 050 ° C.
【0047】
インゴットを、成長の方向に平行な中心軸に沿って長手方向にスライスし、次
に、それぞれ約2mmの厚みを有するいくつかの部分に分割した。銅デコレーショ
ン(copper decoration)法を使用して、シードからテールまでの各インゴット
を構成する長手方向部分の組を、作為的に銅で汚染し、高濃度の銅を部分に溶解
させるのに適した加熱条件において加熱した。この加熱処理の後に、サンプルを
急激に冷却し、その間に、酸化クラスターまたは凝集侵入欠陥が存在する部位に
おいて、銅が外方拡散するかまたは析出した。標準欠陥描写エッチング(standa
rd defect delineating etch)の後に、析出不純物の存在に関してサンプルを目
視検査し、そのような析出不純物を有さないそれらの領域は、凝集格子間原子欠
陥を有さない領域に相当した。次に、各結晶の部分の写真を撮り、写真を組み合
わせて、各結晶のシードからテール末端の結果を示した。第一の自然冷却インゴ
ット(87GEX)の写真の組を図6Bに示し、第二の維持インゴット(87G
EW)の写真の組を図6Cに示す。The ingot was sliced longitudinally along a central axis parallel to the direction of growth and then divided into several parts each having a thickness of about 2 mm. Suitable for using a copper decoration method to artificially contaminate the set of longitudinal parts that make up each ingot from the seed to the tail with copper to dissolve high concentrations of copper in the parts. It heated on heating conditions. After this heat treatment, the sample was rapidly cooled, during which copper diffused out or precipitated at sites where there were oxide clusters or cohesive intrusion defects. Standard defect description etching (standa
After rd defect delineating etch) the samples were visually inspected for the presence of precipitated impurities, those areas without such precipitated impurities corresponded to areas without agglomerated interstitial defects. Next, a picture of each crystal part was taken and the pictures were combined to show the results from seed to tail end of each crystal. A set of photographs of the first naturally cooled ingot (87GEX) is shown in FIG. 6B and the second sustaining ingot (87GEX).
A set of photographs of EW) is shown in FIG. 6C.
【0048】
次に、図6A、6B、および6Cを参照すると、自然冷却インゴット(87G
EX)が、0〜約393mmに凝集空孔欠陥を有し、約393mm〜約453mmに凝
集真性点欠陥を有さず、約435mm〜約513mmに凝集真性点欠陥を有し、約5
13mm〜約557mmに凝集真性点欠陥を有さず、557mm〜結晶末端に凝集空孔
欠陥を有するのが分かる。これらは、このホットゾーンの、無欠陥成長条件より
上、それ以内、またはそれ未満の領域に対応する。維持インゴット(87GEW
)は、0〜約395mmに凝集空孔欠陥を有し、約395mm〜約584mmに凝集真
性点欠陥を有さず、約584mm〜結晶末端に凝集空孔欠陥を有する。従って、2
つのインゴットの最も大きな差異は、自然冷却インゴット(87GEX)が凝集
真性点欠陥を有し、一方、維持インゴット(87GEW)は凝集真性点欠陥を有
さない約435mm〜約513mmの領域において生じる。維持時間において、維持
インゴット(87GEW)における自己格子間シリコン原子の濃度が、インゴッ
ト表面および空孔優勢領域への自己格子間原子の追加的拡散によって抑制され、
従って、格子間原子の臨界過飽和および凝集反応が、結晶凝固後に防止される。
しかし、自然冷却インゴットにおいては、インゴット表面および空孔優勢領域へ
の追加的拡散に充分な時間が与えられず、その結果、系が、シリコン自己格子間
原子の臨界的過飽和になり、凝集反応が起こる。Referring now to FIGS. 6A, 6B, and 6C, a naturally cooled ingot (87G
EX) has an agglomerated vacancy defect in 0 to about 393 mm, no agglomerated intrinsic point defect in about 393 mm to about 453 mm, and an agglomerated intrinsic point defect in about 435 mm to about 513 mm, about 5
It can be seen that there is no agglomerated intrinsic point defect at 13 mm to about 557 mm and agglomerated vacancy defect at 557 mm to the crystal end. These correspond to regions above, below, or below the defect-free growth conditions of this hot zone. Maintenance ingot (87GEW
) Has agglomeration vacancy defects at 0 to about 395 mm, no agglomeration intrinsic point defects at about 395 mm to about 584 mm, and agglomeration vacancy defects at about 584 mm to the crystal end. Therefore, 2
The largest difference between the two ingots occurs in the region of about 435 mm to about 513 mm where the naturally cooled ingot (87GEX) has agglomerated intrinsic point defects, while the maintenance ingot (87GEW) has no agglomerated intrinsic point defects. During the maintenance time, the concentration of self-interstitial silicon atoms in the maintenance ingot (87GEW) is suppressed by the additional diffusion of self-interstitial atoms to the surface of the ingot and the vacancy-dominated region,
Therefore, critical supersaturation and agglomeration reactions of interstitial atoms are prevented after crystal solidification.
However, in the naturally cooled ingot, sufficient time is not given for additional diffusion to the surface of the ingot and the vacancy-dominated region, and as a result, the system becomes a critical supersaturation of silicon self-interstitials and the agglomeration reaction is Occur.
【0049】
従って、これらのインゴットは、充分な時間および充分に高い温度を与えられ
るならば、実際に、どのような量のシリコン自己格子間原子も、表面に外方拡散
しうることを示す。Thus, these ingots show that virtually any amount of silicon self-interstitials can diffuse out to the surface if given sufficient time and sufficiently high temperature.
【0050】
さらに、図6Aに示されている「無欠陥」成長速度曲線は、この結晶引き取り
装置の構成における自然冷却条件において、凝集真性点欠陥を全く有さない材料
を与える結晶成長速度の範囲に含まれる。このホットゾーン配置の自然冷却条件
においてさえ、凝集空孔欠陥が形成される成長速度(PV)と凝集真性点欠陥が
形成される成長速度(PI)の間に、結晶成長速度の範囲が存在し、この範囲は
、PVおよびPIの平均の少なくとも±5%である。成長した結晶の約1050℃
より高い温度における滞留時間が増加される場合に、この範囲がさらに増加し、
その範囲は、例えば、PVおよびPIの平均の、少なくとも±7.5%、少なくと
も±10%、または少なくとも±15%の範囲である(例えば、結晶87GEW
に関しては、滞留が充分に長かったので、PIに到達せず、従って、この結晶の
PIは、到達した最低引き取り速度より遅かった)。結果を下記表Iに示す。Further, the “defect-free” growth rate curve shown in FIG. 6A is a range of crystal growth rates that gives a material having no agglomerated intrinsic point defects under natural cooling conditions in the configuration of this crystal pulling apparatus. include. Even under the natural cooling condition of this hot zone arrangement, the range of the crystal growth rate is between the growth rate at which agglomerated vacancy defects are formed (P V ) and the growth rate at which agglomerated intrinsic point defects are formed (P I ). Is present and this range is at least ± 5% of the average of P V and P I. About 1050 ℃ of grown crystal
This range is further increased when the residence time at higher temperatures is increased,
The range is, for example, at least ± 7.5%, at least ± 10%, or at least ± 15% of the average of P V and P I (eg, crystalline 87GEW).
, The retention was long enough so that P I was not reached and thus the P I of this crystal was slower than the lowest take-up rate reached). The results are shown in Table I below.
【0051】[0051]
【表1】 表I [Table 1] Table I
【0052】
窓寸法(window size)の増加(または、無欠陥成長に許容される引き取り速
度の変化)は、実質的に、より遅い引き取り速度に限定される(即ち、空孔から
格子間原子優勢材料のための臨界v/Gより小さい値(および、空孔の格子間原
子消滅を考慮に入れるためのくらかの小さいデルタ(small delta))に限定さ
れる)。即ち、その効果は、格子間原子優勢材料に関して最も高く、シリコン自
己格子間原子は、空孔より速い拡散要素である。言い換えるならば、窓は、遅い
引き取り速度に対してより素早く開く。原則として、空孔優勢材料へのより速い
引き取り速度(臨界v/G値およびいくらかの小さいデルタより大きい)に向か
う許容される引き取り速度の変化の窓も、空孔が結晶表面に拡散する際の約10
50℃より高い温度における増加した滞留時間で、より速い引き取り速度(空孔
優勢材料)に向かって開くが、これはかなり長い時間を要する。Increasing the window size (or the change in draw rate allowed for defect-free growth) is substantially limited to slower draw rates (ie, vacancies to interstitial dominance). Values below the critical v / G for the material (and limited to some small delta to take into account the interstitial annihilation of vacancies). That is, the effect is highest for interstitial-dominant materials, where silicon self-interstitials are faster diffusion elements than vacancies. In other words, the window opens more quickly for slow take-off speeds. In principle, the window of allowable withdrawal rate changes towards faster withdrawal rates (greater than the critical v / G value and some small delta) into the vacancy-dominant material is also a factor when the vacancy diffuses to the crystal surface. About 10
Increased residence time at temperatures above 50 ° C. opens towards higher take-off rates (pore-dominant material), but this takes considerably longer.
【0053】
所定の結晶引き取り装置およびホットゾーン構成に関して、軸方向温度勾配G O
は、ここで起こる移行範囲(transition ranges)において起こるように、比較
的短い距離でほぼ一定である。その結果、結晶成長速度の変化が、v/GOの比
例的変化、従って、空孔およびシリコン自己格子間原子の初期濃度の、比例的変
化に導く。しかし、一般に、中心インゴット(center ingot)におけるv/GO
の値は、それが表面から最も遠い距離にある故に、最も臨界的な値である。従っ
て、約1000℃より高い温度における増加した滞留時間によって得られる引き
取り速度の変化の増加は、v/GOにおける対応する変化が、結晶の半径に沿っ
たどの点においても起こりうることを意味することを、この実施例の結果は示し
ている。言い換えるならば、v/GOの半径方向変化は関係がなく、従って、例
えば、インゴットの中心におけるv/GOの値の10%、15%またはそれ以上
を越えることができる(どの半径方向の位置においても)。[0053]
Axial temperature gradient G for a given crystal puller and hot zone configuration O
Compare as occurs in the transition ranges that occur here
It is almost constant over a very short distance. As a result, the change in crystal growth rate isORatio of
An exemplary change, and therefore a proportional change in the initial concentration of vacancies and silicon self-interstitials.
Lead to conversion. However, in general, v / G in the center ingotO
The value of is the most critical value because it is the furthest away from the surface. Obey
And the pulling effect obtained by the increased residence time at temperatures above about 1000 ° C.
The increase in the change in the take-up speed is v / GOA corresponding change in is along the radius of the crystal
The results of this example show that it can happen at any point.
ing. In other words, v / GORadial changes of are not relevant, so an example
For example, v / G at the center of the ingotO10%, 15% or more of the value of
Can be exceeded (at any radial position).
【0054】
前記に鑑みて、本発明のいくつかの目的が達成されることが理解されるであろ
う。
本発明の範囲を逸脱せず、前記の構成および方法に種々の変化を加えうるので
、前記の開示に含まれる全ての内容は、例示的なものであって、限定することを
意図するものではないと理解すべきものである。In view of the above, it will be seen that the several objects of the invention are achieved. All changes contained in the above disclosure are exemplary and not intended to be limiting, as various changes may be made to the above configurations and methods without departing from the scope of the present invention. It should be understood that there is no.
【図1】 凝集反応が起こる等温線を、インゴットが成長の間に通過するの
を示す、既存の単結晶シリコンインゴット成長を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing existing single crystal silicon ingot growth showing the ingot passing through the isotherm during the agglutination reaction during growth.
【図2】 自己格子間原子[I]および空孔[V]の初期濃度が、v/GO
[vは引き取り速度であり、GOは平均軸方向温度勾配である]の値によって変
化する例を示すグラフである。[2] the initial concentration of self-interstitials [I] and vacancies [V], v / G O
[V is takeoff speed, the G O is the average axial temperature gradient is a graph showing an example of changing the value of.
【図3】 結晶引き取り装置の引き取り室部分の除去、および他の引き取り
室での置き換えを可能にする、結晶引き取り装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a crystal pulling device that allows removal of the pulling chamber portion of the crystal pulling device and replacement with another pulling chamber.
【図4】 インゴットを、引き取り室から除去して、引き取り室の横に位置
する保持室に移すことを可能にする結晶引き取り装置の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of a crystal pulling apparatus that allows the ingot to be removed from the pulling chamber and transferred to a holding chamber located next to the pulling chamber.
【図5】 インゴットを、引き取り室から除去して、引き取り室のほぼ上方
に位置する保持室に移すことを可能にする結晶引き取り装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a crystal pulling apparatus that allows an ingot to be removed from the pulling chamber and transferred to a holding chamber located substantially above the pulling chamber.
【図6A】 実施例に示されるような、結晶の長さに対する、標準化成長速
度の関係を示すグラフである。FIG. 6A is a graph showing the relationship of standardized growth rate to crystal length, as shown in the examples.
【図6B】 実施例に示されるような、銅デコレーションおよび欠陥描写エ
ッチング後の、ショルダーから、エンド−コーン成長が開始するまでの、インゴ
ットのセグメントの軸方向カットの一連の写真である。FIG. 6B is a series of photographs of axial cuts of a segment of an ingot from shoulder to initiation of end-cone growth after copper decoration and defect delineation etching as shown in the examples.
【図6C】 実施例に示されるような、銅デコレーションおよび欠陥描写エ
ッチング後の、シードコーンからエンドコーンまでの、インゴットのセグメント
の軸方向カットの一連の写真である。FIG. 6C is a series of photographs of an axial cut of a segment of an ingot from seed cone to end cone after copper decoration and defect delineation etching as shown in the examples.
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedure for Amendment] Submission for translation of Article 34 Amendment of Patent Cooperation Treaty
【提出日】平成12年7月10日(2000.7.10)[Submission date] July 10, 2000 (2000.7.10)
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正の内容】[Contents of correction]
【特許請求の範囲】[Claims]
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 60/117,623 (32)優先日 平成11年1月28日(1999.1.28) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),CN,JP,K R,SG─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (31) Priority claim number 60 / 117,623 (32) Priority date January 28, 1999 (January 28, 1999) (33) Priority claiming countries United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), CN, JP, K R, SG
Claims (31)
コーンの間の定直径部分を有する単結晶シリコンインゴットの製造法であって、
該インゴットが、チョクラルスキー法によってシリコンメルトから成長され、該
方法が、シリコンメルトからインゴットを成長させ、および、インゴットの少な
くとも定直径部分が凝集真性点欠陥を実質的に有さないように、インゴットが成
長している間に、インゴットにおける真性点欠陥の凝集が起こる温度TAより低
い温度に、インゴットのどの部分も冷却しないように、インゴットの温度を調節
することを含んで成る方法。1. A method of manufacturing a single crystal silicon ingot having a seed cone, an end cone, and a constant diameter portion between the seed cone and the end cone, the method comprising:
The ingot is grown from a silicon melt by the Czochralski method, the method growing the ingot from the silicon melt, and such that at least the constant diameter portion of the ingot is substantially free of agglomerated intrinsic point defects. A method comprising adjusting the temperature of the ingot so that it does not cool any part of the ingot to a temperature below the temperature T A at which agglomeration of intrinsic point defects occurs in the ingot while it grows.
要とされる溶解限度より低い濃度を得るように選択される時間にわたって、イン
ゴットをTAより高い温度に維持する請求項1に記載の方法。2. The ingot is heated to a temperature above T A for a period of time selected to allow outdiffusion of the intrinsic point defects to obtain a concentration below the solubility limit required for the aggregation of the intrinsic point defects. The method of claim 1, wherein the method is maintained.
より高い温度に維持する請求項2に記載の方法。3. The ingot is T A for a period of time following the growth of the ingot.
The method of claim 2, wherein the method is maintained at a higher temperature.
い請求項3に記載の方法。4. The method of claim 3, wherein T A is below the freezing temperature of silicon and above about 1050 ° C.
請求項3に記載の方法。5. The method of claim 3, wherein T A is below the freezing temperature of silicon and above about 900 ° C.
に、成長速度v、および平均軸方向温度勾配GOを調節することによってインゴ
ットを成長させる請求項3に記載の方法。6. The method of claim 3, wherein the ingot is grown by adjusting the growth rate v and the average axial temperature gradient G O such that the ingot has a predominance of self-interstitial intrinsic point defects.
ように調節する請求項3に記載の方法。7. The method of claim 3, wherein the ratio v / G O is adjusted to be less than about 2.1 × 10 −5 cm 2 / s · K.
ットがTAより高い温度に維持されるインゴットの成長の開始からの時間が、少
なくとも約12時間である請求項3に記載の方法。8. The ingot having a constant diameter portion having a diameter of about 150 mm, and the time from initiation of growth of the ingot at which the ingot is maintained above T A is at least about 12 hours. the method of.
ットがTAより高い温度に維持されるインゴットの成長の開始からの時間が、少
なくとも約22時間である請求項3に記載の方法。9. The ingot has a constant diameter portion having a diameter of about 200 mm and the time from initiation of growth of the ingot at which the ingot is maintained above T A is at least about 22 hours. the method of.
ゴットがTAより高い温度に維持されるインゴットの成長の開始からの時間が、
少なくとも約48時間である請求項3に記載の方法。10. The time from the start of growth of the ingot, wherein the diameter of the constant diameter portion of the ingot is about 300 mm, and the ingot is maintained at a temperature higher than T A ,
The method of claim 3, wherein the method is at least about 48 hours.
われる請求項1に記載の方法であって、該方法が、TAより高い温度にインゴッ
トを維持しながらインゴットをその位置から除去して、結晶引き取り装置が冷却
され、別の単結晶シリコンインゴットの成長のために再開始されるようにする段
階をさらに含んで成る方法。11. The method of claim 1, which is performed in a crystal puller at a location in a semiconductor manufacturing facility, the method removing the ingot from the location while maintaining the ingot at a temperature above T A. The method further comprising the step of removing so that the crystal puller is cooled and restarted for growth of another single crystal silicon ingot.
有し、インゴットを除去する段階が、引き取り室を成長室から孤立させ、引き取
り室を成長室から分離し、および引き取り室を成長室から移動して離すことを含
んで成る請求項11に記載の方法。12. The crystal pulling apparatus has a lower growth chamber and an upper pulling chamber, and the step of removing the ingot isolates the pulling chamber from the growth chamber, separates the pulling chamber from the growth chamber, and removes the pulling chamber. The method of claim 11, comprising moving away from the growth chamber.
該別の引き取り室を成長室に取り付けることをさらに含んで成る請求項12に記
載の方法。13. The method of claim 12, further comprising moving another take-off chamber to a position above the growth chamber and attaching the another take-off chamber to the growth chamber.
有し、インゴットを除去する段階が、インゴットを、引き取り室から、引き取り
室に隣接する保持室に移動させることを含んで成り、該保持室を加熱して、イン
ゴットをTAより高い温度に維持する請求項11に記載の方法。14. The crystal pulling apparatus has a lower growth chamber and an upper pulling chamber, and the step of removing the ingot comprises moving the ingot from the pulling chamber to a holding chamber adjacent to the pulling chamber. The method of claim 11, wherein the holding chamber is heated to maintain the ingot at a temperature above T A.
り高い温度にインゴットを維持しながら、インゴットを酸化雰囲気に暴露する請
求項1に記載の方法。15. The method of claim 1 wherein the ingot is exposed to an oxidizing atmosphere while maintaining the ingot at a temperature above the temperature T A at which aggregation of intrinsic point defects occurs in the ingot.
り高い温度にインゴットを維持しながら、インゴットを少なくとも1つのサイク
ルに暴露し、サイクルの第一段階において、インゴットを酸化雰囲気に暴露し、
サイクルの第二段階において、インゴットの表面から二酸化珪素を溶解するか、
そうでなければ除去する雰囲気にインゴットを暴露する請求項15に記載の方法
。16. The ingot is exposed to at least one cycle, the ingot being exposed to an oxidizing atmosphere in a first stage of the cycle, while maintaining the ingot above a temperature T A at which agglomeration of the intrinsic point defects in the ingot occurs. Then
In the second stage of the cycle, dissolve the silicon dioxide from the surface of the ingot,
16. The method of claim 15, wherein the ingot is exposed to the atmosphere that would otherwise be removed.
ドコーンの間の定直径部分を有する単結晶シリコンインゴットの製造法であって
、該インゴットが、チョクラルスキー法によって結晶引き取り装置においてシリ
コンメルトから成長され、該結晶引き取り装置が、下方成長室および上方引き取
り室を有し、該方法が、 種結晶を降ろして、結晶引き取り装置の成長室に配置されているシリコンメル
トに接触させ; 種結晶をメルトから引き上げて、メルトからのシリコンを凝固させて、単結晶
シリコンインゴットを形成し; 充分に形成されたインゴットを引き取り室に引き上げ; 引き取り室を成長室から孤立させ;および インゴットにおける真性点欠陥の凝集が起こる温度TAより高い温度に引き取
り室の温度を維持する; ことを含んで成る方法。17. A method for producing a single crystal silicon ingot having a seed cone, an end cone, and a constant diameter portion between the seed cone and the end cone, wherein the ingot is made of silicon in a crystal pulling apparatus by the Czochralski method. Grown from a melt, the crystal pulling device having a lower growth chamber and an upper pulling chamber, the method dropping a seed crystal into contact with a silicon melt located in the growth chamber of the crystal pulling device; A crystal is pulled from the melt to solidify the silicon from the melt to form a single crystal silicon ingot; a fully formed ingot is pulled into the take-up chamber; the take-up chamber is isolated from the growth chamber; and the intrinsic point in the ingot to maintain the temperature of the take-off chamber to a temperature higher than the temperature T a of agglomerated defects occurs ; Process that comprises.
起こるのに必要とされる溶解限度より低い濃度を得るように選択される時間にわ
たって、インゴットをTAより高い温度に維持する請求項17に記載の方法。18. An ingot from T A for a period of time selected to allow outdiffusion of the intrinsic point defects to obtain a concentration below the solubility limit required for the aggregation of the intrinsic point defects to occur. 18. The method of claim 17, which is maintained at an elevated temperature.
高い請求項18に記載の方法。19. The method of claim 18, wherein T A is below the freezing temperature of silicon and above about 1050 ° C.
い請求項18に記載の方法。20. The method of claim 18, wherein T A is below the freezing temperature of silicon and above about 900 ° C.
うに、成長速度v、および平均軸方向温度勾配GOを調節することによって、イ
ンゴットを成長させる請求項18に記載の方法。21. The method of claim 18, wherein the ingot is grown by adjusting the growth rate v and the average axial temperature gradient G O such that the ingot has a predominance of self-interstitial intrinsic point defects. .
るように調節される請求項18に記載の方法。22. The method of claim 18, wherein the v / G O ratio is adjusted to be less than about 2.1 × 10 −5 cm 2 / s · K.
ゴットがTAより高い温度に維持される、インゴットの成長の開始からの時間が
、少なくとも約12時間である請求項18に記載の方法。23. The ingot having a constant diameter portion having a diameter of about 150 mm, wherein the ingot is maintained at a temperature above T A , the time from the start of ingot growth being at least about 12 hours. The method described.
ゴットがTAより高い温度に維持される、インゴットの成長の開始からの時間が
、少なくとも約22時間である請求項18に記載の方法。24. The ingot having a constant diameter portion having a diameter of about 200 mm, wherein the time from initiation of ingot growth at which the ingot is maintained at a temperature above T A is at least about 22 hours. The method described.
ゴットがTAより高い温度に維持される、インゴットの成長の開始からの時間が
、少なくとも約48時間である請求項18に記載の方法。25. The method of claim 18, wherein the constant diameter portion of the ingot has a diameter of about 300 mm and the time at which the ingot is maintained above T A from the beginning of growth of the ingot is at least about 48 hours. The method described.
れる請求項17に記載の方法であって、該方法が、インゴットをTAより高い温
度に維持しながら、インゴットをその位置から除去して、結晶引き取り装置が冷
却され、別の単結晶シリコンインゴットの成長のために再開始されるようにする
段階をさらに含んで成る方法。26. The method of claim 17, wherein the crystal puller is located at a location in a semiconductor manufacturing facility, the method maintaining the ingot at a temperature above T A. The method further comprising removing from the location so that the crystal puller is cooled and restarted for growth of another single crystal silicon ingot.
離し、および引き取り室を成長室から移動して離すことを含んで成る請求項26
に記載の方法。27. The step of removing the ingot comprises separating the haul chamber from the growth chamber and moving the haul chamber away from the growth chamber.
The method described in.
び、該別の引き取り室を該成長室に取り付けることをさらに含んで成る請求項2
7に記載の方法。28. The method further comprising moving the another take-up chamber to a position above the growth chamber and attaching the another take-off chamber to the growth chamber.
7. The method according to 7.
ら、引き取り室に隣接する保持室に移動させることを含んで成り、該保持室を加
熱して、TAより高い温度にインゴットを維持する請求項26に記載の方法。29. The step of removing the ingot comprises moving the ingot from the pick-up chamber to a holding chamber adjacent to the pick-up chamber, heating the holding chamber to bring the ingot to a temperature above T A. 27. The method of claim 26, which maintains.
り高い温度にインゴットを維持しながら、インゴットを酸化雰囲気に暴露する請
求項17に記載の方法。30. The method of claim 17, wherein the ingot is exposed to an oxidizing atmosphere while maintaining the ingot above a temperature T A at which aggregation of intrinsic point defects in the ingot occurs.
り高い温度にインゴットを維持しながら、インゴットを少なくとも1つのサイク
ルに暴露し、サイクルの第一段階において、インゴットを酸化雰囲気に暴露し、
サイクルの第二段階において、インゴットの表面から二酸化珪素を溶解するか、
そうでなければ除去する雰囲気にインゴットを暴露する請求項30に記載の方法
。31. Exposing the ingot to at least one cycle, maintaining the ingot at a temperature above a temperature T A at which agglomeration of intrinsic point defects occurs in the ingot, exposing the ingot to an oxidizing atmosphere in a first stage of the cycle. Then
In the second stage of the cycle, dissolve the silicon dioxide from the surface of the ingot,
31. The method of claim 30, wherein the ingot is exposed to the otherwise removing atmosphere.
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